ES2640316T3

ES2640316T3 - Uso de composiciones para refrigeración

Info

Publication number: ES2640316T3
Application number: ES11778316.7T
Authority: ES
Inventors: Samuel F. Yana Motta; Mark W. Spatz; Rajiv Ratna Singh; Robert Gerard Richard; Elizabet Del Carmen Vera Becerra; Daniel Burger
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2031-05-05
Also published as: CN102971394B; KR101818636B1; EP3255114B1; US9994749B2; ES2765413T3; CA2798620A1; PL3255114T3; EP2566930A4; MX2012012886A; PT2566930T; KR20130103338A; PL2566930T3; US8974688B2; CN105754553B; WO2011140289A3; WO2011140289A2; EP3680307A1; CN105754553A; CN102971394A; EP3255114B2

Abstract

Uso de una composición que comprende el 42% en peso de HFC-134a y el 58% en peso de HFO-1234ze en un sistema de refrigeración de temperatura media que tiene una temperatura de evaporador de desde -18ºC hasta 2ºC, y una temperatura de condensador de desde 27ºC hasta 66ºC.

Description

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DESCRIPCION

Uso de composiciones para refrigeracion Campo de la invencion

Esta invencion se refiere a composiciones que tienen utilidad en sistemas de refrigeracion de temperature media. Antecedentes

Los sistemas de refrigeracion mecanicos, y los dispositivos de transferencia de calor relacionados tales como bombas de calor y acondicionadores de aire, que usan lfquidos refrigerantes se conocen bien en la tecnica para usos industriales, comerciales y domesticos. Los fluidos a base de fluorocarburos se han usado ampliamente en muchas aplicaciones residenciales, comerciales e industriales, incluyendo como fluido de trabajo en sistemas tales como sistemas de acondicionamiento de aire, de bomba de calor y de refrigeracion, incluyendo sistemas relativamente pequenos tales como los que se usan para refrigeradores y congeladores domesticos y en el acondicionamiento de aire para automoviles. Debido a la sospecha de ciertos problemas medioambientales, que incluyen los potenciales de calentamiento global relativamente altos asociados con el uso de algunas de las composiciones que se han usado hasta la fecha en estas aplicaciones, se ha vuelto cada vez mas deseable usar fluidos que tengan un potencial de agotamiento del ozono bajo o incluso cero, tal como los hidrofluorocarburos (“HFC”). Por ejemplo, varios gobiernos han firmado el Protocolo de Kyoto para proteger el medio ambiente global y establecer una reduccion de las emisiones de CO2 (calentamiento global). Por tanto, existe la necesidad de una alternativa de baja inflamabilidad o no inflamable, que no sea toxica, para reemplazar ciertos HFC de alto potencial de calentamiento global.

Un tipo importante de sistema de refrigeracion se conoce como sistemas “de refrigeracion pequenos” o “de refrigeracion domesticos”, que abarca sistemas que se usan normalmente en viviendas residenciales, apartamentos y similares para el uso por el consumidor en refrigeradores, congeladores y similares. Tambien se incluyen frecuentemente en este grupo las maquinas expendedoras y similares. Otro sistema de refrigeracion importante comprende sistemas de acondicionamiento de aire para automoviles. En tales sistemas de refrigeracion, un lfquido refrigerante usado comunmente ha sido HFC-134a, tambien conocido como R-134a.

Por tanto, ha habido una necesidad creciente de nuevos compuestos y composiciones fluorocarbonados e hidrofluorocarbonados que sean alternativas atractivas a las composiciones usadas hasta la fecha en estas y otras aplicaciones. Por ejemplo, ha pasado a ser deseable modernizar sistemas de refrigeracion que contienen cloro reemplazando los refrigerantes que contienen cloro por compuestos refrigerantes que no contienen cloro que no agotaran la capa de ozono, tal como los hidrofluorocarburos (HFC). La industria en general y la industria de transferencia de calor en particular estan buscando continuamente nuevas mezclas a base de fluorocarburos que ofrezcan alternativas a, y se consideren sustitutos medioambientalmente mas seguros para, los CFC y HCFC. Sin embargo, se considera generalmente importante, al menos con respecto a los fluidos de transferencia de calor, que cualquier posible sustituto tiene que presentar tambien aquellas propiedades presentes en muchos de los fluidos usados mas ampliamente, tales como propiedades de transferencia de calor excelentes, estabilidad qmmica, poca o ninguna toxicidad, ininflamabilidad y/o compatibilidad con lubricantes, entre otros.

En cuanto a la eficiencia de uso, es importante observar que una perdida en el rendimiento termodinamico o la eficiencia energetica del refrigerante puede tener impactos medioambientales secundarios a traves de un consumo aumentado de combustibles fosiles que surge de una demanda aumentada de energfa electrica.

Ademas, se considera generalmente deseable que los sustitutos de los refrigerantes de CFC sean eficaces sin cambios tecnicos importantes en la tecnologfa de compresion de vapor convencional usada actualmente con los refrigerantes de CFC.

La inflamabilidad es otra propiedad importante para muchas aplicaciones. Es decir, se considera o bien importante o bien esencial en muchas aplicaciones, incluyendo particularmente en las aplicaciones de transferencia de calor, el uso de composiciones que no son inflamables. Por tanto, frecuentemente es beneficioso usar en tales composiciones compuestos que no son inflamables. Tal como se usa en el presente documento, el termino “no inflamable” se refiere a compuestos o composiciones que se determina que pertenecen a la Clase 1 tal como se determina segun la norma ASHRAE 34-2007, incluyendo los apendices ANSI/ASHRI. Desafortunadamente, muchos HFC que por lo demas podnan ser deseables para su uso en composiciones refrigerantes son inflamables y/o no pertenecen a la Clase 1. Por ejemplo, el fluoroalcano difluoroetano (HFC-152a) y el fluoroalqueno 1,1,1- trifluoropropeno (HFO-1243zf) son ambos inflamables y por tanto no son viables para su uso en muchas aplicaciones.

Por tanto, los solicitantes han apreciado la necesidad de composiciones, sistemas y metodos, y particularmente composiciones de transferencia de calor, que sean sumamente ventajosos en los sistemas y metodos de

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calentamiento y enfriamiento por compresion de vapor, particularmente sistemas refrigerantes y de bomba de calor del tipo que se ha usado hasta la fecha con o disenados para su uso con HFC-134a.

El documento US 2009/0285764 da a conocer composiciones de tipo azeotropico que comprenden, o que consisten esencialmente en, trans-HFO-1234ze y al menos un compuesto seleccionado de HFC-134a, HFC-227ea, HFC-152a, HFC-125 y combinaciones de estos. Estas composiciones de tipo azeotropico se dan a conocer como utiles en composiciones de transferencia de calor, agentes de expansion, propelentes y agentes esterilizantes.

Sumario

La composicion usada en la presente invencion comprende el 42% en peso de HFC-134a y el 58% en peso de HFO- 1234ze. Los solicitantes han encontrado inesperadamente que la combinacion de componentes en la presente composicion es capaz de conseguir a la vez una combinacion de propiedades de rendimiento refrigerante importantes y diffciles de conseguir que no pueden conseguirse mediante ninguno de los componentes solos. Por ejemplo, la composicion usada en la presente invencion a la vez pertenece a la Clase 1 con respecto a la inflamabilidad y tiene un GWP deseablemente bajo.

Si la cantidad de HFC-134 es mayor que la cantidad identificada anteriormente, por ejemplo, la composicion no satisfara los requisitos medioambientales para muchas aplicaciones. Por otro lado, si la olefina fluorada se usa en cantidades mayores que las especificadas anteriormente, la composicion no pertenecera a la Clase 1 y/o no tendra un rendimiento aceptable en terminos de capacidad y/o eficiencia.

Las composiciones dadas a conocer en el presente documento pueden usarse en relacion con sistemas que han utilizado hasta la fecha HFC-134a como refrigerante. Los solicitantes han encontrado que tales composiciones son sumamente deseables porque no solo son composiciones de bajo GWP y de Clase 1, sino que tambien son capaces de presentar en muchas aplicaciones de refrigeracion propiedades de consumo de energfa que son iguales a o superiores al consumo de energfa de HFC-134a, preferiblemente tal como se miden segun la norma nacional americana “Energy Performance and Capacity of Household Refrigerators, Refrigerator-Freezers and Freezers (ANSI/AHAM HRF-1-2007).

La presente divulgacion proporciona metodos y sistemas que utilizan las composiciones a las que se hace referencia en el presente documento, incluyendo metodos y sistemas para la transferencia de calor y para la modernizacion de sistemas de transferencia de calor existentes.

El termino “HFO-1234” se usa en el presente documento para hacer referencia a todos los tetrafluoropropenos. Entre los tetrafluoropropenos se incluyen 1,1,1,2-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf) y tanto cis- como trans-1,1,1,3- tetrafluoropropeno (HFO-1234ze). El termino HFO-1234ze se usa en el presente documento de manera generica para hacer referencia a 1,1,1,3-tetrafluoropropeno, independientemente de si es la forma cis- o trans-. Los terminos “cisHFO-1234ze” y “transHFO-1234ze” se usan en el presente documento para describir las formas cis- y trans- de 1,1,1,3-tetrafluoropropeno respectivamente. Por tanto, el termino “HFO-1234ze” incluye dentro de su alcance cisHFO-1234ze, transHFO-1234ze, y todas las combinaciones y mezclas de estos.

El termino “HFC-134a” se usa en el presente documento para hacer referencia a 1,1,1,2-tetrafluoroetano.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es una representacion esquematica de un ciclo de transferencia de calor por compresion de vapor simple.

La Figura 2 es una representacion esquematica de un ciclo de transferencia de calor por compresiones de vapor que tiene un intercambiador de calor con tubena de lfquido/tubena de succion.

Descripcion detallada de realizaciones preferidas

Los sistemas de refrigeracion pequenos son importantes en muchas aplicaciones. En tales sistemas, uno de los lfquidos refrigerantes que se ha usado comunmente ha sido HFC-134a, que tiene un potencial de calentamiento global (GWP, Global Warming Potential) alto estimado de 1430. Los solicitantes han encontrado que las composiciones dadas a conocer en el presente documento satisfacen de una manera excepcional e inesperada la necesidad de alternativas y/o reemplazos para los refrigerantes, particular y preferiblemente HFC-134a. Tales composiciones a la vez tienen valores de GWP menores y proporcionan fluidos no inflamables y no toxicos que tienen una coincidencia estrecha en la capacidad de enfriamiento con HFC-134a en tales sistemas.

Las composiciones dadas a conocer en el presente documento tienen un potencial de calentamiento global (GWP) de no mas de aproximadamente 1000, mas preferiblemente no mas de aproximadamente 700. Tal como se usa en el presente documento, “GWP” se mide en relacion con el dioxido de carbono y a lo largo de un horizonte temporal

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de 100 anos, tal como se define en “The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, a report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project,”.

Las presentes composiciones tambien tienen preferiblemente un potencial de agotamiento del ozono (ODP, Ozone Depletion Potential) de no mas de 0,05, mas preferiblemente no mas de 0,02 e incluso mas preferiblemente de aproximadamente cero. Tal como se usa en el presente documento, “ODP” es tal como se define en “The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, A report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project.

Composiciones de transferencia de calor

Las composiciones dadas a conocer en el presente documento pueden adaptarse generalmente para su uso en aplicaciones de transferencia de calor, es decir, como medio de calentamiento y/o enfriamiento.

Los solicitantes han encontrado que el uso de los componentes de las composiciones descritas en el presente documento es importante para obtener las combinaciones diffciles de conseguir de propiedades presentadas por las presentes composiciones, particularmente en los sistemas y metodos preferidos, y que el uso de estos mismos componentes pero sustancialmente fuera de los intervalos identificados puede tener un efecto perjudicial sobre una o mas de las propiedades importantes de las composiciones.

Aunque se contempla que cualquier isomero de HFO-1234ze puede usarse ventajosamente en ciertos aspectos de la presente invencion, los solicitantes han encontrado que se prefiere en ciertas realizaciones que el HFO-1234ze comprenda transHFO-1234ze, y comprenda preferiblemente transHFO-1234ze en una proporcion importante, y en determinadas realizaciones consista esencialmente en transHFO-1234ze.

Tal como se ha mencionado anteriormente, los solicitantes han encontrado que la composicion de la presente invencion es capaz de conseguir una combinacion diffcil de propiedades cuando se usa en un sistema de refrigeracion de temperatura media, incluyendo particularmente un GWP bajo. A modo de ejemplo no limitativo, la siguiente tabla A ilustra la mejora sustancial del GWP de la composicion de la presente invencion, y composiciones de referencia, en comparacion con el GWP de HFC-134a, que tiene un GWP de 1430.

TABLA A

Composicion (fraccion en peso, basada en los componentes identificados): Nombre GWP GWP como porcentaje del GWP de R134a

R134a
R134a: 1430 100%

R134a/1234ze (0,42/0,58): A1 604 42%

R134a/1234ze/1234yf (0,42/0,48/0,10)*: A2 604 42%

R134a/1234ze/1234yf (0,42/0,40/0,18)*: A3 604 42%

* = Composicion de referencia

Las composiciones dadas a conocer en el presente documento pueden incluir otros componentes con el proposito de potenciar o proporcionar cierta funcionalidad a la composicion, o en algunos casos para reducir el coste de la composicion. Por ejemplo, la composicion puede incluir lubricantes, estabilizadores, pasivadores de metales, inhibidores de la corrosion, supresores de la inflamabilidad, y otros compuestos y/o componentes.

Las composiciones refrigerantes dadas a conocer en el presente documento, especialmente aquellas usadas en sistemas de compresion de vapor, pueden incluir un lubricante, generalmente en cantidades de desde aproximadamente el 30 hasta aproximadamente el 50 por ciento en peso de la composicion, y en algunos casos potencialmente en una cantidad de mas de aproximadamente el 50 por ciento y en otros casos en cantidades de tan solo aproximadamente el 5 por ciento. Ademas, las composiciones dadas a conocer en el presente documento tambien pueden incluir un compatibilizador, tal como propano, con el proposito de ayudar a la compatibilidad y/o solubilidad del lubricante. Tales compatibilizadores, incluyendo propano, butanos y pentanos, estan presentes preferiblemente en cantidades de desde aproximadamente el 0,5 hasta aproximadamente el 5 por ciento en peso de la composicion. Tambien pueden anadirse combinaciones de tensioactivos y agentes solubilizantes a las composiciones dadas a conocer en el presente documento para ayudar en la solubilidad en aceite, tal como se da a conocer mediante la patente estadounidense n.° 6.516.837. Los lubricantes de refrigeracion usados comunmente tales como esteres de poliol (POE) y polialquilenglicoles (PAG), aceites de PAG, aceite de silicona, aceite mineral, alquilbencenos (AB) y poli(alfa-olefina) (PAO) que se usan en maquinaria de refrigeracion con refrigerantes hidrofluorocarbonados (HFC) pueden usarse con las composiciones refrigerantes dadas a conocer en el presente documento. Los aceites minerales disponibles comercialmente incluyen Witco LP 250 (marca registrada) de Witco, Zerol 300 (marca registrada) de Shrieve Chemical, Sunisco 3GS de Witco, y Calumet R015 de Calumet. Los lubricantes de alquilbenceno disponibles comercialmente incluyen Zerol 150 (marca registrada). Los esteres disponibles comercialmente incluyen dipelargonato de neopentilglicol, que esta disponible como Emery 2917 (marca registrada) y Hatcol 2370 (marca registrada). Otros esteres utiles incluyen esteres de fosfato, esteres de acidos dibasicos y fluoroesteres. En algunos casos, los aceites a base de hidrocarburos tienen una solubilidad suficiente

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con el refrigerante que esta compuesto por un yodocarburo, la combinacion del yodocarburo y el aceite hidrocarbonado puede ser mas estable que otros tipos de lubricante. Por tanto, tal combinacion puede ser ventajosa. Los lubricantes preferidos incluyen polialquilenglicoles y esteres. Los polialquilenglicoles son sumamente preferidos en ciertas realizaciones, porque se usan actualmente en aplicaciones particulares tales como el acondicionamiento de aire movil. Naturalmente pueden usarse diferentes mezclas de diferentes tipos de lubricantes.

Metodos y sistemas de transferencia de calor

Los metodos de transferencia de calor dados a conocer en el presente documento comprenden generalmente proporcionar una composicion dada a conocer en el presente documento y provocar la transferencia de calor a o desde la composicion, ya sea mediante una transferencia de calor sensible, una transferencia de calor por cambio de fase, o una combinacion de estas. Por ejemplo, los presentes metodos proporcionan sistemas de refrigeracion que comprenden un refrigerante al que se hace referencia en el presente documento y metodos de produccion de calentamiento o enfriamiento condensando y/o evaporando una composicion a la que se hace referencia en el presente documento. Los sistemas y metodos para calentar y/o enfriar, incluyendo el enfriamiento de otro fluido o bien directa o bien indirectamente o un cuerpo directa o indirectamente, pueden comprender comprimir una composicion refrigerante a la que se hace referencia en el presente documento y despues de esto evaporar dicha composicion refrigerante en la proximidad del artfculo que debe enfriarse. Tal como se usa en el presente documento, el termino “cuerpo” pretende hacer referencia no solo a objetos inanimados sino tambien a tejido vivo, incluyendo tejido animal en general y tejido humano en particular.

Los metodos para calentar un fluido o cuerpo pueden comprender condensar una composicion refrigerante que comprende una composicion a la que se hace referencia en el presente documento en la proximidad del fluido o cuerpo que debe calentarse y despues de esto evaporar dicha composicion refrigerante.

La presente divulgacion proporciona enfriamiento absorbiendo calor desde un fluido o cuerpo, preferiblemente evaporando la composicion refrigerante a la que se hace referencia en el presente documento en la proximidad del cuerpo o fluido que debe enfriarse para producir vapor que comprende la presente composicion. Los aspectos de metodo y de sistema a los que se hizo referencia anteriormente pueden ilustrarse con respecto al diagrama de flujo simplificado proporcionado en la Figura 1. En tales metodos/sistemas preferidos, los sistemas/metodos de refrigeracion comprenden introducir un refrigerante de la presente divulgacion, preferiblemente a traves de una tubena de succion 1, para comprimir el vapor refrigerante, habitualmente con un compresor o equipo similar, para producir vapor de la composicion a una presion relativamente elevada en una tubena de descarga 2. Generalmente, la etapa de comprimir el vapor da como resultado la adicion de calor al vapor, provocando por tanto un aumento en la temperatura del valor a presion relativamente alta. Los metodos dados a conocer incluyen preferiblemente eliminar de este vapor a temperatura relativamente alta, a alta presion al menos una parte del calor anadido mediante las etapas de evaporacion y/o compresion. La etapa de eliminacion de calor incluye preferiblemente condensar el vapor a alta temperatura, a alta presion, preferiblemente a traves de una tubena de descarga de compresor 2 a un condensador mientras el vapor esta en una condicion a presion relativamente alta, con el resultado de producir un lfquido a presion relativamente alta que comprende una composicion de la presente divulgacion. Este lfquido a presion relativamente alta experimenta entonces preferiblemente una reduccion nominalmente isoentalpica de presion para producir un lfquido a temperatura relativamente baja, a baja presion. En la realizacion ilustrada en la Figura 1, esto se consigue introduciendo el lfquido procedente del condensador a traves de la tubena de descarga de condensador 3 a un dispositivo de expansion, tal como una valvula de expansion. En tales realizaciones, es este lfquido refrigerante a presion/temperatura reducida el que se vaporiza entonces mediante el calor transferido desde el cuerpo o fluido que debe enfriarse. Por ejemplo, en la realizacion ilustrada en la Figura 1, se introduce lfquido a baja temperatura, a baja presion procedente del dispositivo de expansion a traves de la tubena de descarga 4 en un evaporador, en el que se transfiere calor desde el cuerpo o fluido que debe enfriarse al fluido refrigerante. El ciclo se repite entonces cuando la descarga del evaporador se introduce de vuelta en el compresor.

Una realizacion preferida de la presente invencion implica una variacion del tipo basico de sistema/metodo descrito en relacion con la Figura 1. Una realizacion preferida de este tipo incorpora una unidad de intercambio de calor adicional que se conoce comunmente como intercambiador de calor con tubena de succion/tubena de lfquido, tambien conocido como “intercambiador de calor SL-LL” en el sistema de refrigeracion de temperatura media. En la Figura 2 se proporciona un diagrama de flujo simplificado que ilustra esquematicamente metodos/sistemas que utilizan una disposicion de este tipo. Tales sistemas/metodos preferidos funcionan usando los mismos componentes que sustancialmente los descritos anteriormente, con la excepcion de que se incluye una unidad de intercambio de calor adicional en el sistema entre el evaporador y el compresor, mediante lo cual al menos una parte del lfquido descargado desde el condensador, por ejemplo en la tubena de descarga 3, se desvfa para enfriarse adicionalmente absorbiendo calor desde al menos una parte de la descarga procedente del evaporador. Los solicitantes han encontrado que la composicion de la presente invencion produce resultados inesperadamente ventajosos y sorprendentemente beneficiosos cuando se usan en relacion con sistemas de refrigeracion de temperatura media que contienen un intercambiador de calor SL-LL. En ciertas realizaciones, tal ventaja y beneficio se produce en relacion con una capacidad y eficiencia de sistema mejoradas, y una disminucion beneficiosa de la temperatura de descarga de compresor.

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En otra realizacion de proceso de la divulgacion, las composiciones pueden usarse en un metodo para producir calentamiento que comprende condensar un refrigerante que comprende las composiciones en la proximidad de un Kquido o cuerpo que debe calentarse. Tales metodos, tal como se ha mencionado anteriormente en el presente documento, son frecuentemente ciclos inversos al ciclo de refrigeracion descrito anteriormente. Un ejemplo de una realizacion de este tipo que puede usarse para producir calor y/o enfriamiento son ciertos tipos de dispositivos conocidos como bombas de calor. Aunque tales dispositivos estan disponibles para su uso, y se han usado para calentar y/o enfriar muchos tipos de fluidos u otros materiales, las bombas de calor dadas a conocer pueden utilizarse para calentar y/o enfriar agua, y preferiblemente agua domestica.

Por tanto, los metodos, los sistemas y las composiciones dados a conocer en el presente documento pueden adaptarse para su uso en relacion con una amplia variedad de sistemas de transferencia de calor en general y sistemas de refrigeracion en particular, tales como sistemas de acondicionamiento de aire (incluyendo sistemas de acondicionamiento de aire tanto estacionarios como moviles), de refrigeracion, de bomba de calor, y similares. Las composiciones dadas a conocer en el presente documento pueden usarse en sistemas de refrigeracion disenados originariamente para su uso con un refrigerante de HFC, tal como, por ejemplo, R-134a. Las composiciones dadas a conocer tienden a presentar muchas de las caractensticas deseables de R-134a pero teniendo un GWP que es sustancialmente menor que el de R-134a, teniendo al mismo tiempo una capacidad que es sustancialmente similar a o coincide sustancialmente, y es preferiblemente tan alta como o mayor que la de R-134a.

Las composiciones dadas a conocer en el presente documento pueden usarse en sistemas de refrigeracion disenados originariamente para su uso con R-134a. Los solicitantes han encontrado que en los sistemas y metodos de la presente divulgacion muchos de los parametros de rendimiento del sistema de refrigeracion importantes estan relativamente proximos a, y en ciertos casos importantes son inesperadamente superiores a, los parametros para R- 134a. Dado que muchos sistemas de refrigeracion existentes se han disenado para R-134a, o para otros refrigerantes con propiedades similares a R-134a, los expertos en la tecnica apreciaran la ventaja sustancial de un refrigerante de bajo GWP y/o de bajo agotamiento del ozono que puede usarse como reemplazo para R-134a o refrigerantes similares con modificaciones relativamente mmimas en el sistema. La presente divulgacion proporciona metodos de modernizacion que comprenden reemplazar el fluido de transferencia de calor (tal como un refrigerante) en un sistema existente con una composicion de la presente divulgacion, sin una modificacion sustancial del sistema. La etapa de reemplazo puede ser un reemplazo inmediato en el sentido de que no se requiere ningun rediseno sustancial del sistema y no es necesario reemplazar ningun equipo importante con el fin de dar cabida a la composicion como fluido de transferencia de calor.

Los metodos pueden comprender un reemplazo inmediato en el que el consumo de energfa del sistema es al menos aproximadamente el 1% menor, e incluso mas preferiblemente al menos aproximadamente el 2% menor que el funcionamiento del mismo sistema usando HFC-134a.

Las composiciones de la presente divulgacion pueden usarse en sistemas de refrigeracion que contienen un lubricante usado convencionalmente con R-134a, tal como aceites minerales, polialquilbenceno, aceites de polialquilenglicol, y similares, o pueden usarse con otros lubricantes usados tradicionalmente con refrigerantes de HFC. Tal como se usa en el presente documento el termino “sistema de refrigeracion” se refiere generalmente a cualquier sistema o aparato, o cualquier parte o porcion de un sistema o aparato de este tipo, que emplea un refrigerante para proporcionar enfriamiento. Tales sistemas de refrigeracion incluyen, por ejemplo, acondicionadores de aire, refrigeradores electricos, enfriadores (incluyendo enfriadores que usan compresores centnfugos), y similares.

Tal como se ha mencionado anteriormente, las composiciones, sistemas y metodos de la presente divulgacion pueden adaptarse generalmente para su uso en relacion con todos los tipos y variedades de equipo de intercambio de calor. Para los propositos de la presente divulgacion, el termino “sistemas de refrigeracion pequenos” se refiere a sistemas de refrigeracion por compresion de vapor que utilizan uno o mas compresores y funcionan a temperaturas ambientales externas que oscilan entre 20°C y aproximadamente 65°C. Preferiblemente, tales sistemas tienen una temperatura ambiental refrigerada de desde aproximadamente -30°C hasta aproximadamente 5°C.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos se proporcionan con el proposito de ilustrar la presente invencion, pero sin limitar el alcance de la misma.

Ejemplo de referencia 1 - Sistema de refrigeracion pequeno

El consumo de energfa (EC, energy consumption) es una medida aceptada del rendimiento refrigerante para sistemas de refrigeracion pequenos. El EC representa la cantidad de energfa consumida por el sistema a lo largo de un periodo de tiempo predeterminado y para condiciones de funcionamiento espedficas. Un medio para estimar el EC de un refrigerante en condiciones de funcionamiento espedficas es a partir de la norma ANSl/AHAM HRF-1- 2007, que se menciona.

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Se proporciona un sistema de refrigeracion pequeno. Un ejemplo de un sistema de este tipo incluye un refrigerador domestico tal como se ilustra en este ejemplo. La temperatura ambiental externa es de aproximadamente 32,2°C (+/- 1°C). La temperatura del congelador es de aproximadamente -17°C. El procedimiento de prueba es tal como sigue:

• Se permite que todo el refrigerador tenga una temperatura de equilibrio de 32,2°C durante al menos 24 h previas a la prueba.

• Se cierran las puertas del refrigerador y se inicia el sistema.

• Se recogen datos durante un periodo de al menos 48 horas, que se conoce como periodo de “reaccion” que llega hasta que se ha alcanzado la temperatura de congelador deseada. Estas 48 horas tambien cubren un periodo durante el cual el sistema de refrigeracion esta funcionando dclicamente.

• Se registran el consumo de energfa, las temperaturas del congelador y del armario (compartimento para alimentos frescos) asf como las temperaturas ambientales externas.

Se determinan varios parametros de funcionamiento para las composiciones A1 - A2 identificadas en la tabla A anterior segun esta prueba, y estos parametros de funcionamiento se notifican en la tabla 1 a continuacion, basandose en el HFC-134a que tiene un valor de consumo de energfa del 100%.

TABLA 1

Nombre: Temp. del congelador (C) Temp. del armario (C) Temp. ambiental (C) kW-H EC

R134a: -17,2 2,2 31,8 1,687 100%

A1: -17,0 1,9 32,0 1,71 101,3%

A2: -16,9 2,1 32,2 1,654 98,0%

Como puede observarse a partir de la tabla 1 anterior, los solicitantes han encontrado que las composiciones sometidas a prueba son capaces a la vez de conseguir muchos de los parametros de rendimiento del sistema de refrigeracion importantes proximos a los parametros para R-134a, y en particular suficientemente proximos como para permitir que tales composiciones se usen como reemplazo inmediato para R-134a en sistemas de refrigeracion pequenos y/o para su uso en tales sistemas existentes con solo una modificacion menor del sistema. Por ejemplo, la composicion A2 presenta un EC que es aproximadamente un 2% menor que el EC de R-134a en este sistema, lo que es una mejora muy significativa en el consumo de energfa. Tales reducciones de EC son medioambientalmente significativas para los refrigeradores domesticos, las maquinas expendedoras y los acondicionadores de aire para automoviles debido a su uso extendido. Ademas, cada una de las composiciones A1 y A2 es una composicion de Clase 1 y por tanto son sumamente deseables desde un punto de vista de la ininflamabilidad.

Ejemplo de referencia 2 - Acondicionamiento de aire

El coeficiente de rendimiento (COP, coefficient of performance) es una medida aceptada universalmente del rendimiento refrigerante, especialmente util a la hora de representar la eficiencia termodinamica relativa de un refrigerante en un ciclo de calentamiento o enfriamiento espedfico que implica la evaporacion o condensacion del refrigerante. En la ingeniena de refrigeracion, este termino expresa la relacion de refrigeracion util con respecto a la energfa aplicada mediante el compresor a la hora de comprimir el vapor. La capacidad de un refrigerante representa la cantidad de enfriamiento o calentamiento que proporciona y proporciona cierta medida de la capacidad de un compresor para bombear cantidades de calor para un caudal volumetrico dado de refrigerante. En otras palabras, dado un compresor espedfico, un refrigerante con una capacidad superior proporcionara mas potencia de enfriamiento o de calentamiento. Un medio para estimar el COP de un refrigerante en condiciones de funcionamiento espedficas es a partir de las propiedades termodinamicas del refrigerante usando tecnicas de analisis de ciclo de refrigeracion convencionales (vease por ejemplo, R.C. Downing, FLUOROCARBON REFRIGERANTS HANDBOOK, Capftulo 3, Prentice-Hall, 1988).

Se proporciona un sistema de ciclo de acondicionamiento de aire en el que la temperatura de condensador es de aproximadamente 45°C y la temperatura de evaporador es de aproximadamente 7°C con una eficiencia de compresion isentropica del 70% y una eficiencia volumetrica del 100%. El grado de sobrecalentamiento es de aproximadamente 5°C y el grado de subenfriamiento es de aproximadamente 5°C. El COP se determina para las composiciones A1 - A3 de la presente invencion notificadas en la tabla 2 a continuacion, basandose en el HFC-134a que tiene un valor de COP del 100%, un valor de capacidad del 100% y una temperatura de descarga relativa en comparacion con R134a.

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TABLA 2

Refrigerante: Capacidad COP P. de succion P. de desc. Dif. con la T. de desc. Flujo Sobrecalentamiento (basandose en el reemplazo inmediato)

: % % % % °C % °C

R134a: 100% 100% 100% 100% 0.00 100% 5.0

A1: 90% 100% 91% 91% -3.75 96% 2.2

A2: 94% 99% 96% 95% -4.01 103% 3.8

A3: 96% 99% 100% 99% -4.32 108% 5.0

Ejemplo 3 - Reemplazos de hfc-134a - temperatura media, acondicionador de aire para automoviles. sistemas enfriadores y bomba de calor

Este ejemplo ilustra el rendimiento de tres composiciones refrigerantes indicadas como A1 - A3 en la tabla A. que se usan como reemplazo para HFC-134a en cuatro sistemas. El primer sistema es uno que tiene una temperatura de evaporador (ET. evaporator temperature) de aproximadamente -7°C y una temperatura de condensador (CT. condenser temperature) de aproximadamente 54°C (ejemplo 3A). Por motivos de conveniencia. tales sistemas de transferencia de calor. es decir. sistemas que tienen una ET de desde aproximadamente -18°C hasta aproximadamente 2°C y una CT de desde aproximadamente 27°C hasta aproximadamente 66°C. se denominan en el presente documento sistemas “de temperatura media”. El segundo sistema es uno que tiene una ET de aproximadamente de 2°C y una CT de aproximadamente 66°C (ejemplo 3B). Por motivos de conveniencia. tales sistemas de transferencia de calor. es decir. sistemas que tienen una temperatura de evaporador de desde aproximadamente 1°C hasta aproximadamente 16°C y una CT de desde aproximadamente 32°C hasta aproximadamente 93°C. se denominan en el presente documento sistemas “AC para automoviles”. El tercer sistema es uno que tiene una ET de aproximadamente 4°C y una CT de aproximadamente 16°C (ejemplo 3C). Por motivos de conveniencia. tales sistemas de transferencia de calor. es decir. sistemas que tienen una temperatura de evaporador de desde aproximadamente 2°C hasta aproximadamente 10°C y una CT de desde aproximadamente 27°C hasta aproximadamente 149°C. se denominan en el presente documento sistemas “enfriadores” o “de AC enfriadores”. El cuarto sistema es uno que tiene una ET de aproximadamente de 0°C. una temperatura de fuente (SRT. source temperature) de aproximadamente 5°C. una CT de aproximadamente 60°C y una temperatura de sumidero (SKT. sink temperature) de aproximadamente 55°C (ejemplo 3D). Por motivos de conveniencia. tales sistemas de transferencia de calor. es decir. sistemas que tienen una ET de desde aproximadamente -5°C hasta aproximadamente 5°C. una SRT de desde aproximadamente 0°C hasta aproximadamente 10°C. una CT de desde aproximadamente 50°C hasta aproximadamente 70°C y una SKT de desde aproximadamente 45°C hasta aproximadamente 65°C se denominan en el presente documento sistemas de “bomba de calor y calentador de agua domesticos”. El funcionamiento de cada uno de tales sistemas usando R-134a y la composicion refrigerante designada se notifica en las tablas 3A - 3D a continuacion:

TABLA 3A - Condiciones de temp. media -6.66°C de ET y 54.44°C de CT

: % % % % °C % °C

R134a: 100% 100% 100% 100% 0.00 100% 5.0

A1: 88% 99% 90% 91% -6.42 96% 2.5

A2: 92% 98% 96% 95% -6.88 103% 4.0

A3: 94% 97% 101% 98% -7.34 108% 5.2

Como puede observarse a partir de la tabla anterior. las composiciones sometidas a prueba. particularmente A3. presentan una buena coincidencia de capacidad y eficiencia con HFC-134a en tales sistemas. Ademas. el nivel de sobrecalentamiento esta a aproximadamente el mismo nivel que para HFC-134a. lo que indica que no se requerina un cambio del dispositivo de expansion. Presiones y un flujo masico similares permiten el uso del mismo compresor. Una menor temperatura de descarga permite el uso de un intercambiador de calor SL-LL que mejorara adicionalmente la capacidad y eficiencia.

TABLA 3B - Condiciones de temp. de AC para automoviles 2°C de ET y 5.55°C de CT

Refrigerante: Capacidad COP P. de succion P. de desc. Dif. con la T. de desc. Flujo Sobrecalentamiento (basandose en el reemplazo inmediato) Cap. de calen- tamiento Ef. de calen- tamiento

: % % % % °C % °C % %

R134a: 100% 100% 100% 100% 0.00 100% 5.0 100% 100%

A1: 88% 98% 90% 91% -6.07 96% 2.3 99% 88%

A2: 91% 97% 96% 95% -6.44 103% 3.9 98% 92%

A3: 93% 96% 100% 98% -6.83 108% 5.1 97% 94%

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Como puede observarse a partir de la tabla anterior, las composiciones sometidas a prueba, particularmente A3, presentan una buena coincidencia de capacidad y eficiencia con HFC-134a en tales sistemas. Ademas, el nivel de sobrecalentamiento esta a aproximadamente el mismo nivel que para HFC-134a, lo que indica que no se requerina un cambio del dispositivo de expansion. Presiones y un flujo masico similares permiten el uso del mismo compresor. Una menor temperatura de descarga permite el uso de un intercambiador de calor SL-LL que mejorara adicionalmente la capacidad y eficiencia.

TABLA 3C - Condiciones de temp. de enfriador 4,44°C de ET y 35°F de CT

Refrigerante: Capacidad COP P. de succion P. de desc. Dif. con la T. de desc. Flujo Nuevo sobrecalentamiento

: % % % % °C % °C

R134a: 100% 100% 100% 100% 0,00 100% 5,0

A1: 90% 100% 91% 91% -3,11 96% 2,3

A2: 94% 99% 96% 96% -3,34 103% 3,8

A3: 97% 99% 101% 99% -3,63 108% 5,0

TABLA 3D - Condiciones de temp. de bomba de calor 0°C de ET (5°C de fuente) y 60°C de CT (55°C de sumidero)

Refrigerante: Cap. Ef. P. de succion P. de desc. Dif. con la T. de desc. Flujo Nuevo sobrecalentamiento

: % % % % °C % °C

R134a: 100% 100% 100% 100% 0,00 100% 5,0

A1: 99% 89% 90% 91% -5,93 96% 2,4

A2: 98% 92% 96% 95% -6,31 103% 3,9

A3: 98% 95% 101% 98% -6,72 108% 5,1

La tabla anterior ilustra un sistema de calentamiento de agua y bomba de calor (HPWH) domestico comun, que hasta la fecha ha usado frecuentemente R-134a como refrigerante. La tabla anterior representa el rendimiento para un HPWH tfpico que usa una diferencia de temperatura (TD, temperature difference) de 5°C entre las temperaturas de fuente y de evaporacion y de sumidero y de condensacion respectivamente. Como puede observarse a partir de la tabla anterior, las composiciones sometidas a prueba, particularmente A3, presentan una buena coincidencia de capacidad y eficiencia con HFC-134a en tales sistemas. Ademas, el nivel de sobrecalentamiento esta a aproximadamente el mismo nivel que para HFC-134a, lo que indica que no se requerina un cambio del dispositivo de expansion. Presiones y un flujo masico similares permiten el uso del mismo compresor. Una menor temperatura de descarga permite el uso de un intercambiador de calor SL-LL que mejorara adicionalmente la capacidad y eficiencia.

Ejemplo de referencia 4 - Metodos y sistemas que usan un intercambiador de calor SL-LL

Este ejemplo ilustra el rendimiento de tres composiciones refrigerantes indicadas como A1, A2 y A3 en la tabla A, en comparacion con el uso de tres refrigerantes, concretamente, HFC-134a, HFO-1234yf y HFO-1234ze. El sistema es un sistema de refrigeracion por compresion de vapor que tiene un compresor, un evaporador, un condensador, un dispositivo de expansion isentalpico y un intercambiador de calor con tubena de lfquido/tubena de succion. El sistema esta en forma de un refrigerador domestico con un volumen de aproximadamente 363,4 litros, y tiene un condensador enfriado por aire y un evaporador de conveccion forzada. El compresor es un compresor de desplazamiento de 7,5 cc. El sistema usa un intercambiador de calor SL-LL de tubos capilares que intercambia calor con la tubena de succion de compresor. Sustancialmente se someten a prueba condiciones de funcionamiento estacionarias, con una temperatura ambiental de aproximadamente 32,2°C y una humedad relativa de aproximadamente el 50%. La temperatura de congelador es de aproximadamente -l5°C. La temperatura de succion de compresor es de aproximadamente 32,2°C. El sobrecalentamiento del evaporador es de aproximadamente 5°C, y el subenfriamiento del condensador es de aproximadamente 2°C. El GWP, la capacidad (en relacion con HFC-134a), la eficiencia (en relacion con HFC-134a), el flujo masico (en relacion con HFC-134a), la relacion de presion de succion:presion de descarga (en relacion con HFC-134a) y la temperatura de descarga (en relacion con HFC-134a) se observan y se notifican en la tabla 4 a continuacion:

5

10

15

20

25

TABLA 4

Refrigerante: GWP Cap. Ef. Flujo masico Pd/Ps ATd (°C)

134a: 1430 100% 100% 100% 100% 0,0

1234yf (inmediato): 4 107% 102% 129% 88% -16,7

1234ze (inmediato): 6 70% 101% 76% 107% -10,9

A1: 1234ze/134a (58/42): 604 90% 101% 96% 101% -7,1

A2: 134a/1234ze/1234yf(42/48/10): 604 96% 101% 103% 99% -8,0

A3: 134a/1234ze/1234yf(42/40/18): 604 100% 101% 109% 97% -8,5

Basandose en la tabla 4 anterior, el 1234yf solo coincide de manera relativamente estrecha con HFC-134a en terminos de capacidad y eficiencia, mientras que tambien produce un valor de GWP excelente. Sin embargo, los solicitantes observan que en tales sistemas el flujo masico es sustancialmente mayor, lo que indica que sena probablemente necesario hacer cambios en el intercambiador de calor SL-LL, y/o el dispositivo de expansion y/o el compresor. Con respecto a HFO-1234ze, este fluido da como resultado una capacidad que es solo el 70% de la capacidad de HFC-134a en condiciones inmediatas. Esto significa que el sistema tendna que modificarse para utilizar un compresor que tiene un desplazamiento aproximadamente un 55% mayor, y la reduccion de flujo masico sustancial indica que se requerinan modificaciones sustanciales en el intercambiador de calor de tubos capilares. Ademas, ni HFO-1234ze ni HFO-1234yf son materiales de Clase 1. Por el contrario, las composiciones A1, A2 y A3 son a la vez materiales de Clase 1, a pesar de que esten incluidos HFO-1234yf y HFO-1234ze, y cada una coincide tambien de manera excelente con R-134a en los parametros de capacidad, eficiencia y flujo masico. Ademas, cada una de las composiciones A1 a A3 proporciona una relacion de compresion reducida y una temperatura de descarga reducida, asf como una eficiencia ligeramente mejor que R134a.

Como puede verse en general a partir de la divulgacion anterior, muchos de los parametros de rendimiento del sistema de refrigeracion importantes de las composiciones A1 a A3 estan relativamente cerca de los parametros para R-134a. Dado que muchos sistemas de refrigeracion existentes se han disenado para R-134a, o para otros refrigerantes con propiedades similares a R-134a, los expertos en la tecnica apreciaran la ventaja sustancial de un refrigerante de bajo GWP y/o de bajo agotamiento del ozono y/o de Clase 1 que puede usarse como reemplazo para R-134a o refrigerantes similares con modificaciones relativamente mmimas, o sin modificaciones sustanciales, en el sistema. La presente divulgacion proporciona metodos de modernizacion que comprenden reemplazar el refrigerante en un sistema existente por una composicion de la presente divulgacion sin modificacion y/o reemplazo sustancial de ningunos de los equipos importantes del sistema. Preferiblemente, la etapa de reemplazo es un reemplazo inmediato en el sentido de que no se requiere ningun rediseno sustancial del sistema y no es necesario reemplazar ningun equipo importante con el fin de dar cabida a la composicion refrigerante.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Uso de una composicion que comprende el 42% en peso de HFC-134a y el 58% en peso de HFO-1234ze en un sistema de refrigeracion de temperatura media que tiene una temperatura de evaporador de desde -18°C hasta 2°C,

5 y una temperatura de condensador de desde 27°C hasta 66°C.
2. - El uso segun la reivindicacion 1, en el que dicho HFO-1234ze comprende trans-HFO-1234ze.
3. - El uso segun la reivindicacion 1, en el que dicho HFO-1234ze consiste esencialmente en trans-HFO-1234ze.

10
4. - El uso segun las reivindicaciones 1 a 3, en el que la temperatura de evaporador es de aproximadamente -7°C, y la temperatura de condensador es de aproximadamente 54°C.
5. - El uso segun las reivindicaciones 1 a 4, en el que el sistema comprende un intercambiador de calor con tubena

15 de succion y con tubena de lfquido.